기계공작법

3 편 소 성 가 공

(2) 형단조(型鍛造; closed-die forging):(교과서 p.210)

압축에 의한 금속의 유동이 형(型; die) 내에서만 행해지여 지며, 여분의 금속은 형의 접합면 사이에 flash로 유출된다. 절삭가공 또는 자유단조 후 절삭가공에 의한 제품에 비하여 조직이 미세하고 강도가 크다. spanner, crank shaft, connecting rod, 차축 등이 형단조에 의하여 제작된다.

형단조 형단조품예
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(2-1) 형재료:

형은 고온에서 고압의 하중을 받고, 그 상태에서 금속의 유동에 의한 마찰을 극심하게 받으므로 다음의 성질을 가져야 한다.

내마모성이 커야 한다.
내열성이 커야 한다.
강도가 커야 한다.

아래 표는 단조형 재료의 예로서, No. 1, 4, 7 등은 낙하 hammer(drop hammer)에 적합하고, No. 2, 5, 6은 press에 적합하며, No. 8, 9는 대형물 단조에 적합하다. 형의 사용온도는 150 ~ 250℃가 적당하며, Shore 경도 60 정도가 좋다. 경도가 큰 die는 hammer에는 부적당하고, press에 사용하는 것이 좋다.

(2-2) 형설계:

인발(引拔)기울기는 아래 표를 기준으로 하며, 제품을 형에서 쉽게 인발할 수 있게 하기 위한 것이다.

형의 두께는 단조방향과 직각인 부분에서 다음 표를 기준으로 정한다.

홈(flash gutter)을 형의 접합면에 파서 여분의 금속(flash)이 유출될 수 있게 한다.
가공여유를 기계가공이 필요한 제품에 다음 표를 기준으로 둔다.

(2-3) 재료채취:

형단조에서 재료의 채취는 인발기울기, 모서리 둥글기, 형 어긋남 공차, 가열손실여유, 가공여유 등을 고려하여야 한다. 또한 상형과 하형의 접합면 사이로 밀려나오는 flash의 두께는 다음 표를 기준으로 한다.

(2-4) 형단조작업:

1회의 가압이나 타격으로 제품을 완성하는 것은 어렵고, 그림과 같은 과정을 거쳐 connecting rod가 얻어진다. 물론 sliding 면은 기계가공을 한다.

connecting rod의 형단조 예
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형단조

(3) ☞ 단접(鍛接; smith welding, forge welding):

강과 같은 금속재료가 고온에서 점성과 금속간에 친화력이 크게 되는 성질을 이용하여 부품에 압력 또는 타격을 가하여 접합하는 것을 단접이라 한다. 예로서 연강의 단접온도는 1100 ~ 1200℃ 정도가 적당하다. 접촉면의 산화물 등을 제거하기 위하여 붕산 및 붕사 80%와 염화암모니아 20%의 혼합제 또는 철분 85%와 붕산 10% 및 붕소 5%의 혼합물인 용제가 사용된다. 다른 접합에 비하여 단접의 접합강도가 특별히 큰 것도 아니고, 기술적인 어려움 등으로 인하여 현대에는 다른 접합법으로 대체되고 있다. 다음 그림은 단접방법을 보여주며, 공통점이 있는 것을 group 별로 분류하면 다음과 같다.

맞대기단접(butt smith welding): 1, 2
겹치기단접(lap smith welding): 3, 4, 5, 6
쪼개어 물리기단접(split smith welding): 8, 9, 10

단접방법

(4) rivet 이음(rivet joint):

기계부품 또는 요소를 결합하는 데에는 나사결합과 같이 분해가 용이한 것, 용접과 같이 영구적인 것, rivet 이음과 같이 분해 가능하나 rivet을 파단시켜야만 하는 반영구적인 것이 있다. 나사 결합에 대해서는 기계요소설계에서 취급하고 용접은 이미 공부하였으므로 여기에서는 소성가공의 일부로서 rivet 이음을 설명하기로 하겠다. rivet 이음은 사용 목적에 따라 다음과 같이 구별할 수 있다.

고압, 기밀(氣密)을 요하는 경우(boiler, 고압용기 등)
기밀만을 요하는 경우(물통, 저압용기, 연돌 등)
강도만을 요하는 경우(교량, 건축물, 철도차량, 구조물 등)

punch 또는 drill로 구멍을 뚫고 rivet을 구멍에 끼운다. 한쪽은 snap으로 받치고 다른 쪽에서는 snap을 대고 그 위를 rivet hammer로 타격을 가한다. 기밀을 요할 때에는 그림과 같이 caulking 공구를 사용하여 판끝을 눌러 붙임으로써 틈막기를 하고, 이것을 caulking이라 한다. 판을 어긋나게 밀어줌으로써 rivet 구멍과 rivet 간의 틈인 유체의 통로를 차단하는 것을 fullering이라 한다.

caulking과 fullering
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